化工過程模擬軟件的使用

化工過程模擬軟件的使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋究七x修課《化工過程模擬軟件的使用》主要針對(duì)本科三、四年級(jí)，有一定化工原理、化工熱力學(xué)和物理化學(xué)等基礎(chǔ)開設(shè)的一門結(jié)合計(jì)算機(jī)過程模擬軟件的課程。本課程目的是讓學(xué)生利用已掌握的化工原理等知識(shí)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)化工流程的構(gòu)造，更好地加深對(duì)化工原理等知識(shí)的理解和變化，同時(shí)了解世界上最流行的化工模擬軟件ASPENPlus基本使用步驟和構(gòu)建過程，能在計(jì)算機(jī)上對(duì)基本的化工單元操作進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。二、實(shí)驗(yàn)原理AspenPlus是大型通用流程模擬系統(tǒng)，源于美國(guó)能源部七十年代后期在麻省理工學(xué)院(MIT)組織的會(huì)戰(zhàn)，開發(fā)新型第三代流程模擬軟件。該項(xiàng)目稱為“過程工程的先進(jìn)系統(tǒng)”(AdvancedSystemforProcessEngineering簡(jiǎn)稱ASPEN)，并于1981年底完成。1982年為了將其商品化，成立了AspenTech公司，并稱之為AspenPlus。該軟件經(jīng)過三十余年來不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，已先后推出了多個(gè)版本，成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件。全球各大化工、石化、煉油等過程工業(yè)制造企業(yè)及著名的工程公司都是AspenPlus的用戶。以AspenPlus嚴(yán)格機(jī)理模型為基礎(chǔ)，還逐步發(fā)展起來了針對(duì)不同用途、不同層次的Aspen工程套件(AspenEngineeringSuite簡(jiǎn)稱AES)產(chǎn)品系列。AspenPlus是工程套件的核心，可廣泛地應(yīng)用于新工藝開發(fā)、裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化，以及脫瓶頸分析與改造。此穩(wěn)態(tài)模擬工具具有豐富的物性數(shù)據(jù)庫，可以處理非理想、極性高的復(fù)雜物系；并獨(dú)具聯(lián)立方程法和序貫?zāi)K法相結(jié)合的解算方法，以及一系列拓展的單元模型庫。此外還具有靈敏度分析、自動(dòng)排序、多種收斂方法，以及報(bào)告等功能。AspenPlus具有最適用于工業(yè)、且最完備的物性系統(tǒng)。Aspen具有一套完整的基于狀態(tài)方程和活度系數(shù)方法的物性模型(共105種)，數(shù)據(jù)庫包括5000多種純組分的物性數(shù)據(jù)，唯一獲準(zhǔn)與DECHEMA數(shù)據(jù)庫接口的軟件。該數(shù)據(jù)庫收集了世界上最完備的氣液平衡和液液平衡數(shù)據(jù)，共計(jì)二十五萬多套數(shù)據(jù)。用戶也可以把自己的物性數(shù)據(jù)與AspenPlus系統(tǒng)連接。AspenPlus有一套完整的單元操作模型，可以模擬各種操作過程,由單個(gè)原油蒸餾塔的計(jì)算到整個(gè)合成氨廠的模擬。由于AspenPlus系統(tǒng)采用了先進(jìn)的PLEX數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于組分?jǐn)?shù)、進(jìn)出口物流數(shù)、塔的理論板數(shù)以及反應(yīng)數(shù)目均無限制，這是AspenPlus的一項(xiàng)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，非其它過程模擬軟件所能比擬。此外，所有模型都可以處理固體和電解質(zhì)。單元操作模型庫約由50種單

元操作模型構(gòu)成。用戶可將自身的專用單元操作模型以用戶模型(USERMODEL)加入到AspenPlus系統(tǒng)之中，這為用戶提供了極大的方便性和靈活性。下圖給出如何選擇熱力學(xué)方法。INRTL.UNIQUAC極性物系T由

活度系數(shù)法極性物系T由

活度系數(shù)法也電解質(zhì) ELECNRTL(―P<10bar 、非電解質(zhì)-P>10bar￡7——和它們的變化由NWILSON,NKTL,UNIQ一~丁UM和它們的變化, UNIF-LLN UNIFAC,UNIF- LEY,UNIF-DMDI—SR-POLAR,PRWS,RKSWS,PRMHV2,RKSMHV2真實(shí)PENG-ROB,RK-SOAVE,LK-PLOCK,PR-BM,RKS-BMPSRK.RKSMHV2真實(shí)PENG-ROB,RK-SOAVE,LK-PLOCK,PR-BM,RKS-BMPSRK.RKSMHV2非極性物系狀態(tài)方程法耳虛擬和真實(shí)非極性物系狀態(tài)方程法耳虛擬和真實(shí)P>latmCHAO-SEA,GRAYSON,BK1OP<latm BK1O,IDEAL熱力學(xué)選擇方法AspenPlus的多級(jí)嚴(yán)格分離模型是基于內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)(雙層)、結(jié)合最新的聯(lián)立方程和求解法編制而成。雙層法是由AspenTech總裁J.Boston博士首創(chuàng)的。此法必須提供初值，在大范圍內(nèi)應(yīng)用十分可靠。RADFRAC模型能嚴(yán)格地模擬多級(jí)氣液平衡操作，包括吸收、汽提、有再沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸餾，以及高度非理想體系的分餾過程。RADFRAC能嚴(yán)格計(jì)算任一塔板上兩個(gè)液相的存在，也可以簡(jiǎn)單地假設(shè)第二液相為純水。MULTIFRAC可以有效地計(jì)算互連的多塔分餾系統(tǒng)，如原油蒸餾、減壓塔、催化裂化分餾塔、吸收塔、解吸塔、空氣分餾塔以及有熱交換的塔系統(tǒng)。AspenPlus還有經(jīng)過工業(yè)考驗(yàn)的能處理反應(yīng)的分離模型，該模型可在塔的任意塔板處或所有塔板上處理速率控制反應(yīng)、化學(xué)平衡反應(yīng)，以及氣、液相反應(yīng)。反應(yīng)速率可由置入內(nèi)部的冪律表示式或由用戶提供的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)程序來計(jì)算。AspenPlus的簡(jiǎn)捷算法蒸餾模型需要輸入的數(shù)據(jù)較少，也具有設(shè)計(jì)和核算兩種型式。在不需要高度精確計(jì)算的情況下可以使用這些模型。

Aspen中塔器模型Aspen中反應(yīng)器模型課程《化工過程模擬軟件的使用》中的原理主要涉及化工原理中的單元操作，如精餾、換熱、吸收、反應(yīng)等，而其中熱力學(xué)選用的原理是依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)，有